2019版物理創(chuàng)新江蘇專用版：第三章 牛頓運動定律 實驗三 活頁作業(yè) 含答案

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精活頁作業(yè)（時間:30分鐘)1.(2017·江蘇省蘇錫常鎮(zhèn)高三第二次模擬考試)在“探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”實驗時,某老師對傳統(tǒng)實驗進行了改進，其實驗操作如下：圖1①如圖1所示，先將砂和砂桶通過滑輪懸掛于小車一端,調(diào)節(jié)平板的傾角θ，使小車沿斜面向下做勻速直線運動，測出砂和砂桶的總質(zhì)量m.②保持平板傾角θ不變，去掉砂和砂桶，小車即在平板上沿斜面向下做勻加速直線運動，通過紙帶測量其加速度a.③保持小車質(zhì)量M不變，多次改變砂和砂桶的總質(zhì)量m，每次重復(fù)①②兩步操作，得到小車加速度與合力的關(guān)系。④多次改變小車的質(zhì)量，進行適當(dāng)?shù)牟僮?得到小車加速度和質(zhì)量的關(guān)系。（1）在上述實驗操作過程中,下列說法正確的是________。A.可以用電池盒給打點計時器供電B。應(yīng)在小車開始運動后再接通打點計時器的電源C.要保持細繩與平板平行D.應(yīng)讓小車從靠近定滑輪處開始運動(2）在操作①中若打了一條如圖2所示的紙帶,已知紙帶左端為連接小車處，則應(yīng)將平板的傾角適當(dāng)________(填“增大”或“減小”)些。圖2(3)在操作②中,小車所受的合力大小等于________（用題中所給定的字母以及重力加速度g表示）。(4）在本實驗中________（填“需要”或“不需要")滿足砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量；在操作④中,每次改變小車質(zhì)量后，________（填“需要”或“不需要”)重新調(diào)節(jié)平板的傾角。解析(1）打點計時器使用交變電流，電池盒提供的是直流電，選項A錯誤；操作時應(yīng)先接通電源,后釋放小車，選項B錯誤;為使繩拉力平行于斜面，細繩應(yīng)平行于長木板,選項C正確；為使紙帶上打下更多的點，小車釋放前應(yīng)靠近定滑輪，選項D正確。（2)根據(jù)紙帶上的點間距逐漸增大，可知小車的速度逐漸增大，小車有沿斜面向下的加速度，為使小車勻速,應(yīng)適當(dāng)減小傾角。（3)在操作①中，對小車分析有Mgsinθ＝f＋T，對砂和砂桶分析有T＝mg,則Mgsinθ＝f＋mg，在操作②中對小車分析有F合＝Mgsinθ－f，所以F合＝mg，即小車所受的合力大小等于mg。（4)小車所受的合力大小等于mg,不需要滿足砂和砂桶的質(zhì)量m遠小于小車的總質(zhì)量M。根據(jù)Mgsinθ＝f＋mg,每次改變小車質(zhì)量后，需要重新調(diào)節(jié)平板的傾角.答案(1）CD（2)減小（3）mg（4)不需要需要2.（2017·江蘇省南通市高考全真模擬卷）某實驗小組用如圖3所示的裝置探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，帶滑輪的長木板和彈簧測力計均水平固定。（1）下列實驗操作正確的是________.A.調(diào)整滑輪和彈簧測力計的高度，使細線與長木板平行B。穿過限位孔右側(cè)的紙帶可以隨意扭轉(zhuǎn)和下垂放置C。將小車靠近打點計時器，先接通電源，后釋放小車,同時記錄彈簧測力計的示數(shù)D。實驗中必須控制砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量圖3（2)以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標(biāo)，以加速度a為縱坐標(biāo)，畫出的a－F圖象可能正確的是________。(3）若測出的a－F圖象的斜率k及與橫軸交點的橫坐標(biāo)b,則小車的質(zhì)量為________，小車及紙帶在運動過程中受到的阻力為________。(4)該實驗裝置也可以粗略驗證機械能守恒定律。若某次實驗測得砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，紙帶上一點A到起點O的距離為s,A點的速度為v,則可以計算出系統(tǒng)增加的動能為________________,系統(tǒng)減少的勢能為________________，然后比較兩者的關(guān)系，進行驗證.解析(1)細線與木板平行時，拉力不會引起摩擦力變化,選項A正確；為了減小紙帶與限位孔的摩擦，紙帶應(yīng)平放，選項B錯誤；實驗時先接通電源后釋放小車，選項C正確;繩子拉力可以由彈簧測力計讀出,無需要求砂和砂桶的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量,選項D錯誤.(2)一開始彈簧測力計拉力較小時，小車不運動.小車運動時，彈簧測力計可測出拉力準(zhǔn)確值,沒有取近似，選項B正確.（3)由題意2F－f＝Ma，a＝eq\f（2，M）F－eq\f(f,M）,又由斜率為k，與橫軸交點的橫坐標(biāo)為b，推出M＝eq\f(2,k），f＝2b。(4)小車和砂桶都有動能，系統(tǒng)增加的動能為eq\f（1,2)Mv2＋eq\f(1,2）m(2v）2＝eq\f(1,2）Mv2＋2mv2，砂桶下降2s距離,重力勢能減少2mgs。答案(1）AC（2）B(3）eq\f(2,k)2b(4）eq\f(1,2)Mv2＋2mv22mgs3?，F(xiàn)用頻閃照相方法來研究物塊的變速運動.在一小物塊沿斜面向下運動的過程中，用頻閃相機拍攝的不同時刻物塊的位置如圖4所示。拍攝時頻閃頻率是10Hz；通過斜面上固定的刻度尺讀取的5個連續(xù)影像間的距離依次為x1、x2、x3、x4。已知斜面頂端的高度h和斜面的長度s。數(shù)據(jù)如下表所示。重力加速度大小g＝9.80m/s2.圖4單位:cmx1x2x3x4hs10.7615.0519.3423.6548.0080.00根據(jù)表中數(shù)據(jù),完成下列填空：(1)物塊的加速度a＝________m/s2。（保留3位有效數(shù)字）(2）因為________________________，可知斜面是粗糙的.解析(1)頻閃照相中相鄰影像點的時間間隔相等,利用逐差法求物塊的加速度a＝eq\f(x3＋x4－（x1＋x2）,4t2)＝4。30m/s2.(2）若物塊沿光滑斜面下滑，對其受力分析,由牛頓第二定律可得：a′＝geq\f（h,s）＝5。88m/s2,由物塊加速度a小于物塊沿光滑斜面下滑的加速度a′,可知斜面是粗糙的。答案（1)4.30(2）物塊加速度小于geq\f(h,s)＝5。88m/s2（或物塊加速度小于物塊沿光滑斜面下滑的加速度）4.(2017·常州一模)如圖5為測量物塊與水平桌面之間動摩擦因數(shù)的實驗裝置示意圖。實驗步驟如下：①用天平測量物塊和遮光片的總質(zhì)量M、重物的質(zhì)量m，用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d，用米尺測量兩光電門之間的距離s。圖5②調(diào)整輕滑輪，使細線水平。③讓物塊從光電門A的左側(cè)由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間ΔtA和ΔtB，求加速度a。④多次重復(fù)步驟③，求a的平均值a.⑤根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)求出動摩擦因數(shù)μ.回答下列問題：(1)用20分度的游標(biāo)卡尺測量d時的示數(shù)如圖6所示，其讀數(shù)為________cm.圖6（2)物塊的加速度a可用d、s、ΔtA和ΔtB表示為a＝________________________。(3)動摩擦因數(shù)μ可用M、m、a和重力加速度g表示為μ＝________________.（4)如果滑輪略向下傾斜，使細線沒有完全調(diào)節(jié)水平，由此測得的μ________(填“偏大”或“偏小”)；這一誤差屬于________________（填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。解析(1)游標(biāo)卡尺的游標(biāo)尺第10根與主尺相齊,故讀數(shù)為0。9cm＋0。05mm×10＝0。950cm。（2）根據(jù)2as＝veq\o\al(2，B）－veq\o\al（2,A)和v＝eq\f(d,Δt)解得a＝eq\f(1，2s）eq\b\lc\[\rc\]（\a\vs4\al\co1(\b\lc\（\rc\）（\a\vs4\al\co1（\f（d,ΔtB))）\s\up12（2）－\b\lc\(\rc\）(\a\vs4\al\co1(\f(d，ΔtA））)\s\up12(2）））。(3）根據(jù)mg－μMg＝(M＋m)a得出μ＝eq\f（mg－（M＋m)a,Mg）。(4）傾斜細線的拉力有垂直板向下的分量,實際增大了正壓力,實驗結(jié)論測得的μ偏大，這是由于器材和實驗原理造成的誤差，是系統(tǒng)誤差.答案(1）0。950（2)eq\f（1，2s）eq\b\lc\[\rc\］（\a\vs4\al\co1（\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1（\f(d,ΔtB）)）\s\up12（2）－\b\lc\(\rc\）(\a\vs4\al\co1(\f（d,ΔtA））)\s\up12（2)））(3）eq\f（mg－(M＋m）a,Mg）（4）偏大系統(tǒng)誤差5.（2017·江蘇揚州中學(xué)高三期初考)（1)如圖7所示為某同學(xué)安裝的“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置。圖7①在“驗證牛頓第二定律”的實驗中,為了使小車受到合外力等于砝碼和砝碼盤的總重量，通常采用如下兩個措施：A.平衡摩擦力：將長木板無滑輪的一端下面墊一小木塊,反復(fù)移動木塊的位置，直到小車在砝碼盤的拉動下帶動紙帶與小車一起做勻速直線運動；B.在調(diào)整砝碼多少的過程中，要保證砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量m遠小于小車和砝碼的總質(zhì)量M。以上哪一個措施中有何重大錯誤？（說明錯誤點)_____________________________________________________________________。②如圖8是上述實驗打出的一條紙帶，已知打點計時器的打點周期是0。02s，結(jié)合圖中給出的數(shù)據(jù)（單位cm），求出小車運動加速度的大小為________m/s2，并求出紙帶中P點瞬時速度的大小為________m/s.（計算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）圖8(2)某實驗小組設(shè)計了如圖9（a)所示的實驗裝置，通過改變重物的質(zhì)量，利用計算機可得滑塊運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象。他們在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗,得到了兩條a－F圖線,如圖（b)所示。圖9①圖線________是在軌道左側(cè)抬得過高的情況下得到的（選填“甲”或“乙”）；②滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量m＝________kg；滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù)μ＝________。解析(1）①選項A有錯誤,平衡摩擦力時不能懸掛砝碼盤。②設(shè)O到A之間的距離為x1，以后各段分別為x2、x3、x4、x5、x6，根據(jù)勻變速直線運動的推論公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得x4－x1＝3a1T2；x5－x2＝3a2T2;x6－x3＝3a3T2；為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對三個加速度取平均值得a＝eq\f(1,3)（a1＋a2＋a3），即小車運動的加速度計算表達式為a＝eq\f(（0。0968＋0。1033＋0.1095）－（0.0774＋0.0841＋0.0905）,9×（0.04）2)m/s2＝4。0m/s2，紙帶中P點瞬時速度大小為vP＝eq\f(xDE,2T）＝eq\f（0。1033,0。02×2)m/s＝2。6m/s（2）①由圖象可知,當(dāng)F＝0時,a≠0。也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學(xué)實驗操作中平衡摩擦力過度,即傾角過大，平衡摩擦力時木板的右端墊得過高.所以圖線甲是在軌道左側(cè)抬得過高的情況下得到的.②根據(jù)F＝ma得a＝eq\f（F，m），所以滑塊運動的加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象斜率等于滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量的倒數(shù)。由圖形b得加速度a和所受拉力F的關(guān)系圖象斜率k＝2，所以滑塊和位移傳感器發(fā)射部分的總質(zhì)量m＝0。5kg；由圖形b得在水平軌道上F＝1N時，加速度a＝0，根據(jù)牛頓第二定律得F－μmg＝0，解得μ＝0.2。答案（1)①A有錯誤，平衡摩擦力時不能懸掛砝碼盤②4.02。6(2）①甲②0.50.26.(2017·江蘇省蘇州市高三第一次模擬考試)如圖10甲所示,氣墊導(dǎo)軌上滑塊的質(zhì)量為M，鉤碼的質(zhì)量為m（與鉤碼相連的滑輪質(zhì)量和摩擦不計）,遮光條寬度為d，兩光電門間的距離為L，氣源開通后滑塊在牽引力的作用下先后通過兩個光電門的時間為Δt1和Δt2。取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。圖10（1)用游標(biāo)卡尺測得遮光條寬度的讀數(shù)如圖乙所示，遮光條寬度d為________mm。（2)用上述裝置測量滑塊加速度的表達式為____________（用已知量符號表示).（3)用上述裝置探究滑塊質(zhì)量M一定時,加速度a與合外力F合的關(guān)系。先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌,讓滑塊能自由勻速滑動，再掛上鉤碼進行實驗；改變鉤碼的質(zhì)量，測得多組實驗數(shù)據(jù)（拉力傳感器讀數(shù)F和滑塊加速度a)；以F為橫坐標(biāo),以加速度a為縱坐標(biāo)描繪圖象。實驗中未能保證所掛鉤碼的質(zhì)量m遠小于滑塊質(zhì)量M，則描繪出的圖象大致形狀如圖11中的________［填“（a)”或“(b)”］圖所示。圖11（4)用上述裝置研究系統(tǒng)（含滑塊、鉤碼)機械能守恒，若運動過程中系統(tǒng)機械能守恒,則滿足的關(guān)系式是________________________(用已知量符號表示）；若測量過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)動能增加量總是大于鉤碼重力勢能的減少量，可能的原因是_____________________________________________________________________。解析(1）游標(biāo)卡尺讀數(shù)為0.3cm＋0。05mm×2＝3。10mm.（2)根據(jù)公式veq\o\al(2,2）－veq\o\al(2,1）＝2aL得出a＝eq\f（veq\o\al(2,2）－veq\o\al(2，1）,2L)＝eq\f(d2，2L)eq\b\lc\（\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,Δteq\o\al(2，2））－\f（1，Δteq\o\al（2，1）)））。（3）拉力傳感器測出的是繩子拉力的準(zhǔn)確值，無需滿足鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，始終有“質(zhì)量一定時，加速度與合外力成正比”，圖象（a)正確。(4)滑塊經(jīng)過兩光電門過程中,鉤碼下降eq\f（L，2)高度，鉤碼速度始終為滑塊速度的一半，系統(tǒng)機械能守恒有mg·eq\f(L，2)＝eq\f(1,2)Mveq\o\al（2,2)－eq\f(1，2)Mveq\o\al（2，1）＋eq